Параметрический источник постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H02M7/12 

которых выполнены с отпайками и подключены к соответствующим вспомогательным обмоткам 5-7 и 8-10; трех устройств 20-22, 23-25 и 60,61 для переключения отпаек под нагрузкой; четырех трехфазных вентильных мостов, входами подключенных к вентильным обмоткам 26-28 и 29-30 трансформаторов; компенсирующих обмоток 56, 57, расположенных на четвертых стержнях преобразовательных трансформаторов; компенсирующих конденсаторов 58, 59 и

стабилизирующей конденсаторной батареи 11. Наличие множества регулировочных отпаек у сетевых обмоток 14-16 и 17-19, компенсирующих обмоток 56, 57 и устройств 20-22,23-25, 60, 61 для переключения отпаек под нагрузкой, позволяет регулировать стабилизированный ток нагрузки в широких пределах без потребления реактивной мощности из сети, улучшая тем самым энергетические показатели устройства. 1 ил.

Использование: изобретение может быть использовано в качестве стабилизированного источника питания для электротермических, электролизных и других электротехнологических установок. Сущность изобретения: устройство состоит из трехфазного трехстержневого реактора 1 с основными стабилизирующими обмотками 2-4 и двумя системами трехфазных вспомогательных обмоток 5-7 и 8-10, соединенных с основными по схемам правого и левого неравносторонних зигзагов: двух трехстер- жневых преобразовательных трансформаторов 12,13, сетевые обмотки 14-16 и 17-19 Х| 00 VJ Ю О

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в силовой преобразовательной технике в качестве стабилизированного источника питания для электротермических, электролизных и других электротехнологических установках.

Известен параметрический источник тока, в котором сетевые обмотки преобразовательного трансформатора началами подключены к питающей сети, а концами пофазно включены к выводам обмоток трех однофазных стабилизирующих реакторов и фазных конденсаторов стабилизирующей конденсаторной батареи, а свободные выводы последних подключены соответственно к отстающей и опережающей фазам питающей сети по отношению к началам фазных сетевых обмоток трансформатора.

В этом устройстве выпрямительные блоки выполнены по нулевой схеме две обратные звезды с уравнительным реактором. Недостатком этой установки являются большие габариты трех однофазных стабилизирующих реакторов и батареи стабилизирующих конденсаторов, изменение коэффициента мощности в сторону ухудшения при регулировании стабилизированного тока нагрузки в широких пределах.

Известен также компенсированный преобразователь, содержащий также трехфазный преобразовательный трансформатор, который началами сетевой обмотки подключен к питающей сети, а концами пофазно последовательно подключен к трехфазной компенсирующей конденсаторной батарее, свободные выходные выводы которой пддключены к общим выводам трехфазного стабилизирующего реактора и стабилизирующей трехфазной конденсаторной батареи, имеющей равные индуктивные и емкостные сопротивления на частоте питающей сети, а свободные выводы обмоток стабилизирующего реактора и конденсаторов стабилизирующей конденсаторной батареи также подключены соответственно к отстающей и определяющей фазам питающей сети по отношению сетевых обмоток преобразовательного трансформатора, вентильные обмотки выполнены также по схеме две обратные звезды с уравнительным реактором и подключены к выпрямительным блокам, выполненным по нулевой схеме.

В этой установке по сравнению с предыдущей уменьшены габариты стабилизирующего реактора за счет совмещения трех однофазных реакторов в один трехфазный, а также за счет определенного выбора величины емкости компенсирующей батареи, обеспечивающей уменьшение суммарной конденсаторной мощности. Однако эта установка не лишена недостатков. В ней не предусмотрено регулирование стабилизированного тока нагрузки в широких пределах. Она имеет шестифазную пульсацию выпрямленного напряжения, что не всегда удовлетворяет требованиям технологических процессов, например, при получении

качественных цветных металлов путем электролиза и других электрохимических процессов. Кроме того недостатками этой установки является наличие уравнительного реактора значительной мощности, по обмоткам которого протекает половина выпрямленного тока преобразователя, а также низкое использование преобразовательного трансформатора из-за необходимости наличия двух трехфазных вентильных

обмоток для нулзвой схемы преобразования.

Следующим существенным недостатком данной установки является возникновение аварийного режима при случайных

обрывах цепи нагрузки постоянного тока или при исчезновении одной из фаз питающей сети, т.к. эти причины вызывают короткое замыкание со стороны питающей сети для такого источника тока. Кроме того в выпрямительном блоке данной установки при пробое вентиля в любом из плеч будут возникать двух- и трехфазные короткие замыкания вентильных обмоток, что может вызвать выход из строя здоровых вентилей двух других плеч.

В связи с этим приходится искусственно увеличивать сопротивления короткого замыкания преобразовательных трансформаторов для нулевых схем. Указанные недостатки приводят к существенному по- вышению установленной мощности трансформаторного оборудования и снижению надежности данной установки.

Целью изобретения является обеспечение стабилизации тока в нагрузке в широком диапазоне его регулирования, улучшение формы выходного напряжения, повышение надежности, улучшение массо- габаритных и энергетических показателей.

В параметрическом источнике постоян- ного тока, содержащем трехфазный стабилизирующий реактор, основные обмотки которого одними выводами соединены с входными выводами для подключения питающей сети стабилизирующую конденса- торную батарею, компенсирующие конденсаторы, а также основной преобразовательный блок, включающий преобразовательный трехфазный трансформатор, на трех стержнях магнитопровода которого, расположены трехфазные сетевая и вентильная обмотки, и вентили, согласно изобретению стабилизирующий реактор дополнительно снабжен двумя системами трехфазных вспомогательных обмоток, од- ни выводы которых соединены со свободными выводами основных обмоток реактора по схемам, соответственно, правого и левого неравностороннего зигзага, конденсаторы стабилизирующей конденсаторной батареи соединены в звезду, концы которой подключены к соответствующим общим точкам соединения основных и вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора, магнитопровод трансформатора, основного преобразовательного блока дополнительно снабжен четвертым стержнем, на котором расположена дополнительно введенная компенсирующая обмотка, выполненная с отпайками от соответствующих частей ее витков, которая через дополнительно введенное первое устройство для переключения отпаек под нагрузкой зашунтирована одним из компенсирующих конденсаторов, трехфазная сетевая обмотка преобразова- тельного трансформатора соединена в звезду и выполнена в каждой фазе с отпайками от соответствующих частей ее витков и через дополнительно введенное второе устройство для переключения отпаек под нагрузкой соединена с трехфазным входом преобразовательного блока, соединенным со свободными выводами одной из указанных систем вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора, вентили соединены по схеме двух трехфазных выпрямительных мостов, соединенных по выходу постоянного тока параллельно, причем, начала и концы трехфазной вентильной обмотки преобразовательного трансформатора подключены к диагоналям переменного тока соответствующих выпрямительных мостов, общие точки соединения анодных и катодных групп вентилей которых образуют выходные выводы для подключения нагрузки, и дополнительно введен идентичный основному дополнительный преобразовательный блок, соединенный по выходу параллельно с основным, причем трехфазный вход дополнительного преобразовательного блока соединен со свободными выводами другой системы вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора.

В предлагаемом устройстве включение вспомогательных обмоток трехфазного реактора позволяет создавать сдвиг фаз между напряжениями сетевых обмоток четырехстержневых преобразовательных трансформаторов 30°, что обеспечивает 12- ти фазную пульсацию выпрямленного напряжения преобразователя, одновременно существенно уменьшаются относительная установленная мощность трехфазного реактора по отношению к выходной мощности преобразователя, чем в прототипе.

Наличие большого количества регулировочных отпаек у сетевых и компенсирующих обмоток и устройств для переключения отпаек под нагрузкой специальных четырехстержневых трансформаторов позволяет регулировать стабилизированный ток нагрузки в широких пределах без потребления реактивной мощности из сети, улучшая тем самым энергетические показатели устройства. Наличие четвертых стержней у преобразовательных трансформаторов создает путь для замыкания потоков нулевой последовательности кратным путем и тем самым обеспечивается продолжительность работы вентилей трехфазных мостов в течение 1/3 части периода без применения громоздких двухфазных уравнительных реакторов. Причем масса вентильных обмоток в каждом преобразовательном трансформаторе заявляемого устройства уменьшается в V2 раз по сравнению с общей массой двух вентильных обмоток в прототипе, что позволяет

уменьшить установленную мощность трансформаторного оборудования. Кроме того, в предлагаемом устройстве осуществляется глубокое ограничение аварийных токов при пробое вентилей в любом из плеч за счет наличия в аварийном контуре большого сопротивления нулевой последввательности 0t,,a также исключаются аварийные режимы при случайных исчезновениях одной фазы сети или при обрыве цепи постоянного тока, что позволяет существенно повысить надежность устройства.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства,

Параметрический источник посто- янного тока содержит трехфазный трех- стержневой реактор 1 с основными стабилизирующими обмотками 2-4 и двумя системами трехфазных вспомогательных обмоток 5-7 и 8-10, включенными к выао- дам основных обмоток по схеме в правые и левые неравносторонние зигзаги, стабилизирующая трехфазная конденсаторная батарея 11, соединенная в звезду и своими выводами подключенная к общим точкам соединения основных и вспомогательных обмоток трехфазного реактора 1, трехфазные четырехстержневые преобразовательные трансформаторы 12 и 13 с сетевыми обмотками 14-16 и 17-19, имеющими боль- шое количество регулировочных отпаек и подключенными к выходным выводам вспомогательных обмоток трехфазного реактора, устройств 20-22 и 23-25, для переключения отпаек под нагрузкой, вен- тильными обмотками 26-28 и 29-31, включенными соответственно между выводами переменного тока трехфазных вентильных мостов, собранных на вентилях 32-43 и 44- 55, компенсирующими обмотками 56, 57 на четвертых стержнях магнитопроводов первого и второго трансформаторов, имеющими большое количество отпаек и подключенных своими выводами к компенсирующим конденсаторам 58 и 59 через ус- тройства 60, 61 переключения отпаек под нагрузкой. Катоды вентилей 32-34, 38-40, 44-46, 50-52 объединены в общую точку и образуют положительный выходной вывод 62, а аноды вентилей 35-37, 41-43, 47-49. 53-55 объединены в общую точку и образуют отрицательный выходной вывод 63 параметрического источника постоянного тока.

Устройство работает следующим образом. При подключении устройства к питающей сети за счет соединения вспомогательных обмоток 5-7 и 8-10 трехфазного реактора 1 в правые и левые неравносторонние зигзаги по отношению основных стабилизирующих обмоток 2-4 возникает

сдвиг фаз по 30° между напряжениями сетевых обмоток 14-16 и 17-19, и, соответственно вентильных обмоток 26-28 и 29-31 преобразовательных трансформаторов 12 и 13, что обеспечивает 12-ти фазный режим преобразования трехфазными мостами, выполненными на вентилях 32-37, 38-43, 44- 49, 50-55. Наличие четвертых стержней магнитопроводов преобразовательных трансформаторов 12 и 13 создает путь для замыкания магнитного потока третьих гармоник. В результате напряжения на обмотках 26-28 и 29-31, кроме основной гармоники будут содержать третьи гармоники, которые выравнивают мгновенные значения напряжений параллельно работающих вентильных обмоток 26-28 и 29-31. Это создает условие для одновременного пропускания тока двумя вентилями во всех четырех трехфазных мостах в междукоммутационном интервале. При этом продолжительность пооводимости вентилей будет составлять 120° без использования двухфазных уравнительных реакторов. Амплитуда вентильного тока будет составлять 1/4 часть выпрямленного тока установки. Потоки третьей гармоники трех основных стержней четырехстержневых трансформаторов 12, 13, проходя по четвертому стержню, будут наводить ЭДС третьей гармоники п компенсирующих обмотках 56, 57, которые подключены своими выводами на компенсирующие конденсаторы 58 и 59 через устройства переключения под нагрузкой 60 и 61. Напряжения на компенсирующих конденсаторах 58 и 59, трансформируясь через контуры коммутации вентилей, обеспечивают их искусственную коммутацию, что приводит к повышению коэффициента мощности установки, близкой к единице. Для обеспечения стабилизации выходного тока параметры стабилизирующих обмоток 2-4 трехфазного реактора 1 и батареи стабилизирующих конденсаторов 11 должны выбираться из условия

fflLi(14-Kc),

где Li - индуктивность одной из стабилизирующих обмоток 2-4;

С - емкость одного конденсатора батареи 11;

Кс .. - коэффициент взаимоиндуктивной связи между стабилизирующими обмотками 2-4 и вспомогательными обмотками 5-10.

При таком подборе параметров стабилизирующих элементов сетевые обмотки 14-16 и 17-19 трансформаторов 12,13запитываются от источника с неизменным током в нагрузке. Неизменность тока в сетевых обмотках 14-16 и 17-19 обеспечивает стабилизацию выпрямленного тока в нагрузке при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах. Регулирование тока в нагрузке осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации между сетевыми 14-16, 17-19 и вентильными 26-28, 29-31 обмотками с помощью устройств 20- 22 и 23-25 переключения под нагрузкой регулировочных отпаек сетевых обмоток, при этом в сетевых обмотках сохраняется неизменный то к. Одновременно с переключением отпаек на сетевых обмотках переключающими устройствами 20-22 и 23-25 происходит переключение регулировочных отпаек на компенсирующих обмотках 56-57 с помощью переключающих устройств 60 и 61, и тем самым поддерживается высокий коэффициент мощности установки при глубоком регулировании стабилизированного тока нагрузки. Формула изобретения Параметрический источник постоянного тока, содержащий трехфазный стабилизирующий реактор, основные обмотки которого одними выводами соединены с входными выводами для подключения питающей сети, стабилизирующую конденсаторную батарею, компенсирующие конденсаторы, а также основной преобразовательный блок, включающий преобразовательный трехфазный трансформатор, на трех стержнях магнитопровода которого расположены трехфазные сетевая и вентильные обмотки, и вентили, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации тока в цепи нагрузки в широком диапазоне его регулирования, улучшения формы выходного напряжения. повышения надежности и улучшения массо- габаритных и энергетических показателей. стабилизирующий реактор дополнительно снабжен двумя системами трехфазных вспомогательных обмоток, одни выводы которых соединены со свободными выводами

основных обмоток реактора по схемам, соответственно правого и левого неравносторонних зигзагов, конденсаторы стабилизирующей конденсаторной батареи

соединены в звезду, концы которой подключены к соответствующим общим точкам соединения основных и вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора, маг- нитопровод трансформатора основного

преобразовательного блока дополнительно снабжен четвертым стержнем, на котором расположена дополнительно введенная компенсирующая обмотка, выполненная с отпайками от соответствующих частей ее

витков, которая через дополнительно введенное первое устройство для переключения отпаек под нагрузкой зашунтирована одним из компенсирующих конденсаторов, трехфазная сетевая обмотка преобразовательного трансформатора соединена в звезду и выполнена в каждой фазе с отпайками от соответствующих частей ее витков и через дополнительно введенное второе устройство для переключения отпаек под

нагрузкой соединена с трехфазным входом преобразовательного блока, соединенным со свободными выводами одной из указанных систем вспомогательных обмоток ста- билизирущего реактора, вентили

соединены по схеме двух трехфазных выпрямительных мостов, соединенных по выходу постоянного тока параллельно, причем начала и концы трехфазной вентильной обмотки преобразовательного трансформатора подключены к диагоналям переменного тока соответствующих выпрямительных мостов, общие точки соединения анодных и катодных групп вентилей которых образуют выходные выводы для подключения

нагрузки, и дополнительно введен идентичный основному дополнительный преобразовательный блок, соединенный по выходу параллельно с основным, причем трехфазный вход дополнительного преобразовательного блока соединен со свободными выводами другой системы вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора.